APPROFONDIMENTI – B) Ancoraggi Chimici
PROGETTAZIONE DEGLI ANCORAGGI CHIMICI PER LE BARRE DI
ARMATURA VERTICALE
Trattazione generale e inquadramento normativo
L’ancoraggio chimico, è un ancoraggio del tipo post-installato, che non viene esplicitamente regolato
dalle NTC 2008. Secondo la classificazione riportata al §11.1 della stessa norma, le resine impiegate
per realizzare l’ancoraggio possono pervenire alla marcatura CE previo ottenimento del Benestare
Tecnico Europeo (European Techical Approval, ETA) oppure, in alternativa, previo ottenimento di un
Certificato di Idoneità Tecnica Nazionale.
L’ETA viene rilasciato da organismi accreditati seguendo le indicazioni previste dalle linee guida ETA
Guideline (ETAG) redatte dall’European Organisation for Technical Approval (EOTA), un organismo
internazionale composto da Enti Nazionali che rappresentano i diversi Stati Membri.
Il Certificato di Idoneità Tecnica all’Impiego viene rilasciato dal Servizio Tecnico Centrale sulla base
delle Linee Guida approvate dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici.
In generale dunque, una resina per l’ancoraggio chimico di barre ad aderenza migliorata deve
possedere un ETA, rilasciato da un organo competente, secondo la ETAG 001 (1997 e successive
modifiche 2001, 2006, 2010): “Ancoranti metallici per applicazioni su calcestruzzo”. L’ETAG 001
inoltre, fornisce nell’appendice C i metodi per la progettazione degli ancoraggi, completati dal
Technical Report (TR 029, 2007): “Progettazione degli ancoraggi chimici”, che fornisce regole
specifiche per questa tipologia di ancoraggi.
Le modalità di rottura tipiche che si riscontrano nel caso di ancoraggi chimici sottoposti a carichi di
trazione, sono 3:
1. se la profondità di ancoraggio è piccola, si verifica solitamente una rottura del cono di calcestruzzo
[Fig. 4 a]
2. se la profondità di ancoraggio maggiore, si sviluppa una rottura combinata, costituita da un cono di
calcestruzzo superficiale e da uno scorrimento al di sotto del cono [Fig. 4 b]. Lo scorrimento può
avvenire all’interfaccia resina/calcestruzzo, all’interfaccia barra/resina, oppure essere mista con lo
scorrimento all’interfaccia resina/calcestruzzo nella parte superiore e scorrimento tra barra/resina
nella più profonda dell’ancoraggio.
3. se la profondità di ancoraggio è elevata, l’ancoraggio è così resistente che la rottura avviene sulla
barra di acciaio [Fig. 4 c]. La minima profondità per ottenere la rottura della barra rappresenta la
lunghezza di ancoraggio, che dipende dal qualità dell’acciaio e dalle proprietà della resina
ancorante.
(a)
(b)
(c)
Fig. 4 – Modalità di rottura (da Cook, Kunz, Fuchs e Konz, 1998, “Behavior and Design of Single
Adhesive Anchors under Tensile Load in Uncracked Concrete”, ACI Structural Journal, V.95,No.1).
Si osserva che le prime due modalità di rottura possono essere influenzate dalla vicinanza
dell’ancoraggio al bordo dell’elemento in calcestruzzo e dall’interasse di un’eventuale gruppo di
ancoraggio costituito da due o più ancoraggi ravvicinati.
La condizione di carico a trazione è sufficiente per analizzare la risposta dell’ancoraggio delle barre di
armatura verticale che compongono una parete in muratura armata. Infatti le sollecitazioni alla base
delle pareti causano sulle barre sforzi di compressione e trazione, mentre il taglio viene completamente
assorbito dalla parte compressa in muratura con spostamenti molto ridotti tali da non innescare un
effetto di ingranamento (dowel-action) sulle barre, se non in fase di post-collasso.
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In sintesi, il metodo di progettazione dell’ancoraggio chimico, limitatamente ai carichi statici di
trazione, proposto nel TR 029, è basato sulla valutazione della resistenza dei tre meccanismi di rottura
sopra descritti e successiva individuazione di quello più restrittivo. E’ dunque un tipico approccio agli
stati limite che viene applicato con il metodo semiprobabilistico per tenere conto della sicurezza,
tramite coefficienti di sicurezza parziali, in linea dunque con i moderni strumenti di progettazione
presenti anche nelle norme nazionali.
Nel caso in questione, è possibile assumere che il calcestruzzo, in cui si realizza l’ancoraggio, sia non
fessurato, dato che le barre di armatura per la muratura vengono ancorate negli elementi di fondazione
che devono rimanere in campo elastico per qualunque sollecitazione (NTC 2008).
Progettazione
Seguendo dunque le indicazioni della ETAG 001 e del TR 029, in linea con le più recenti
sperimentazioni svolte sull’argomento, il metodo di progettazione per la determinazione della
resistenza a trazione dell’ancoraggio, fissate le proprietà geometriche del caso, segue i passi di seguito
schematicamente riportati.
La resistenza a trazione di progetto si ottiene come la minore tra le resistenze calcolate per: resistenza
di progetto della barra di acciaio (NRd,s), resistenza di progetto alla rottura combinata per sfilamento e
cono di calcestruzzo (NRd,p), resistenza di progetto per rottura del cono di calcestruzzo (NRd,c); a cui si
deve aggiungere la resistenza di progetto per splitting del calcestruzzo (NRd,sp) legata alle eventuali
ridotte dimensioni geometriche dell’elemento di base in calcestruzzo.
N Rd = min{N Rd ,s ; N Rd , p ; N Rd ,c ; N Rd ,sp }
1. La resistenza alla rottura della barra di acciaio è di:
N Rd , s = N Rk , s γ Ms
dove NRk,s è la resistenza a trazione caratteristica della barra di acciaio, che può essere calcolata oppure
fornita dalla relativa ETA, γMs è il coefficiente di sicurezza parziale per la rottura dell’acciaio e può
essere assunto pari a 1.15 come indicato dalla normativa nazionale (NTC 2008, §4.1.2.1.1.3).
2. La resistenza alla rottura combinata per sfilamento e cono di calcestruzzo:
N Rd , p = N Rk , p γ Mp
dove γMp è il coefficiente di sicurezza parziale per la rottura combinata per sfilamento e cono di
calcestruzzo, che verrà discusso alla fine del paragrafo, NRk,p è la resistenza caratteristica alla rottura
combinata per sfilamento e cono di calcestruzzo, che viene calcolata secondo la formula seguente:
0
N Rk , p = N Rk
,p ⋅
Ap , N
Ap0 , N
⋅ψ s , Np ⋅ψ g , Np ⋅ψ ec , Np ⋅ψ re, Np
dove il valore iniziale della resistenza caratteristica per rottura combinata per sfilamento e cono di
calcestruzzo N0Rk,p si ottiene da:
0
N Rk
, p = πd ⋅ hef ⋅τ Rk
in cui d è il diametro della barra, hef è la profondità di ancoraggio effettiva e τRk è la resistenza
caratteristica a sfilamento, che dipende dalla classe di resistenza del calcestruzzo, e che viene fornita
dalla relativa ETA. Spesso le schede tecniche dei prodotti per gli ancoraggi chimici, riportano
direttamente il valore di N0Rd,p=N0Rk,p/γMp, in modo da alleggerire i passaggi di calcolo.
Il rapporto delle aree Ap,N/A0p,N che tiene conto degli effetti geometrici degli interassi e della distanza
dai bordi, dipende da scr,Np: dimensione dell’interasse per garantire la trasmissione della resistenza
caratteristica alla rottura combinata per sfilamento e cono di calcestruzzo, di un singolo ancoraggio
senza effetti di bordo o di interasse. La corrispondente dimensione della distanza dal bordo è
ccr,Np=scr,Np/2. Il valore di scr,Np o di ccr,Np viene fornito nella relativa ETA, anche se il TR 029 fornisce
una formula di valutazione approssimata per scr,Np limitata al calcestruzzo C20/25, omessa in questa
sede.
Ap,N=scr,Np·scr,Np è l’area di influenza del singolo ancoraggio senza effetti di bordo e di interasse, A0p,N è
l’area di influenza effettiva, calcolata cioè tenendo conto delle sovrapposizioni delle aree di influenza
dovute agli effetti di bordo e di interesse.
Gli altri parametri vengono calcolati secondo relazioni proposte dalla TR 029, ma possono essere
diverse per i singoli prodotti sulla base di dati sperimentali specifici riportati nella relativa ETA, e sono
nell’ordine:
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Ψs,Np fattore che tiene conto della distorsione della distribuzione delle tensioni nel calcestruzzo dovuta
agli effetti di bordo dell’elemento in calcestruzzo
Ψg,Np fattore che tiene conto dell’effetto della superficie di rottura degli ancoraggi in gruppo
Ψec,Np fattore che tiene conto dell’effetto di gruppo, quando carichi diversi agiscono sui singoli
ancoraggi di uno stesso gruppo
Ψre,Np fattore che tiene conto dell’effetto dell’armatura, se l’ancoraggio si realizza in zone fortemente
armate dell’elemento di calcestruzzo
3. La resistenza di progetto a rottura conica del calcestruzzo:
N Rd ,c = N Rk ,c γ Mc
dove γMc è il coefficiente di sicurezza parziale per la rottura conica del calcestruzzo, che verrà discusso
alla fine del paragrafo, NRk,c è la resistenza caratteristica alla rottura conica del calcestruzzo, che può
essere calcolata secondo la formula seguente:
0
N Rk ,c = N Rk
,c ⋅
Ac , N
Ac0, N
⋅ψ s , N ⋅ψ re , N ⋅ψ ec , N
dove il valore iniziale della resistenza caratteristica per rottura conica del calcestruzzo N0Rk,c si ottiene
0
da: N Rk
,c = k1 ⋅
f ck ,cube ⋅ hef
1.5
in cui fck,cube è la resistenza a compressione caratteristica del calcestruzzo ottenuta da cubi di lato
150mm, hef è la profondità di ancoraggio effettiva e k1 vale 7.2 per applicazioni in calcestruzzo
fessurato e 10.1 in calcestruzzo non fessurato. Spesso le schede tecniche dei prodotti per gli ancoraggi
chimici riportano direttamente il valore sperimentale di N0Rd,c=N0Rk,c/γMc, in modo da essere più precisi
e per alleggerire i passaggi di calcolo.
Il rapporto delle aree Ac,N/A0c,N che tiene conto degli effetti geometrici degli interassi e della distanza
dai bordi, dipende da scr,N: dimensione dell’interasse per garantire la trasmissione della resistenza
caratteristica alla rottura conica del calcestruzzo, di un singolo ancoraggio senza effetti di bordo o di
interasse. scr,N è fissata pari a 3hef dalla TR 029, e la dimensione della distanza dal bordo è ccr,N=scr,N/2.
In genere il valore di scr,Np o di ccr,Np viene fornito nella relativa ETA per ogni specifico prodotto.
Ac,N=scr,N·scr,N è l’area di influenza del singolo ancoraggio senza effetti di bordo e di interasse, A0c,N è
l’area di influenza effettiva, calcolata cioè tenendo conto delle sovrapposizioni delle aree di influenza
dovute agli effetti di bordo e di interesse.
Gli altri parametri vengono calcolati secondo relazioni proposte dalla TR 029, ma posso essere diverse
per i singoli prodotti sulla base di dati sperimentali specifici riportati nella relativa ETA, e sono
nell’ordine:
Ψs,N fattore che tiene conto della distorsione della distribuzione delle tensioni nel calcestruzzo dovuta
agli effetti di bordo dell’elemento in calcestruzzo
Ψre,N fattore che tiene conto dell’effetto dell’armatura, se l’ancoraggio si realizza in zone fortemente
armate dell’elemento di calcestruzzo
Ψec,N fattore che tiene conto dell’effetto di gruppo, quando carichi diversi agiscono sui singoli
ancoraggi di uno stesso gruppo.
4. La resistenza di progetto per splitting del calcestruzzo:
In fase di installazione, si indica che la rottura per splitting viene evitata se sono rispettati i valori
minimi di distanza dal bordo cmin, interasse minimo smin, altezza minima dell’elemento in calcestruzzo
hmin, e di armatura da predisporre, come fornite dalla relativa ETA.
In caso di rottura per splitting dovuta ai carichi, i valori di ccr,sp e scr,sp vengono forniti dalla relativa
ETA in funzione della profondità di ancoraggio.
Al di là di casi specifici indicati dalla TR 029, la resistenza di progetto dell’ancoraggio in caso di
rottura per splitting può essere calcolata come:
N Rd ,sp = N Rk ,sp γ Msp
dove γMsp è il coefficiente di sicurezza parziale per la rottura per splitting del calcestruzzo, che verrà
discusso alla fine del paragrafo, NRk,sp è la resistenza caratteristica alla rottura per splitting del
calcestruzzo, che viene calcolata secondo la formula seguente:
0
N Rk , sp = N Rk
,c ⋅
Ac , N
Ac0, N
⋅ψ s , N ⋅ψ re, N ⋅ψ ec , N ⋅ψ h , sp
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dove N0Rk,c, Ac,N/A0c,N, Ψs,N, Ψre,N, Ψec,N, corrispondono ai parametri forniti per la rottura conica del
calcestruzzo in cui ccr,N e scr,N vanno sostituiti con ccr,sp e scr,sp, mentre Ψh,sp= (h/hmin)2/3 è il fattore che
tiene conto dell’influenza dell’effettiva altezza dell’elemento in calcestruzzo sulla rottura per splitting.
Il coefficiente parziale di sicurezza per rottura del cono di calcestruzzo si valuta secondo questa
relazione, fornita al §3.2.2.1 del TR 029:
λMc = γ c ⋅ γ 2 = 1.5 ⋅1.2 = 1.8
Dove γc è il coefficiente parziale di sicurezza per il calcestruzzo previsto dalla normativa nazionale
(NTC 2008, §4.1.2.1.1.1), pari a 1.5, e γ2 è il coefficiente parziale di sicurezza dell’installazione del
sistema di ancoraggio che per il caso di carichi di trazione è pari a 1.0 se l’installazione è avvenuta
secondo un elevato livello di sicurezza, 1.2 con installazione realizzata con un livello di sicurezza
normale, 1.4 se l’installazione è stata fatta secondo un basso livello di sicurezza, ma ancora accettabile
per l’ancoraggio. I coefficienti di sicurezza parziali γMsp e γMp possono assumersi pari a γMc.
Conclusioni
La progettazione degli ancoraggi chimici, pur non essendo trattata direttamente nelle norme tecniche
nazionali, può essere applicata in sicurezza e in armonia con le norme stesse, seguendo il sistema
normativo proposto dall’EOTA. La marcatura CE delle resine per ancoraggi chimici permette di
risalire al benestare ETA per il singolo prodotto, che riporta le proprietà fondamentali da impiegare nel
metodo di calcolo proposto da ETAG 001 e TR 029 per quantificare le resistenze di ciascun
meccanismo di rottura possibile.
Si segnala che i produttori di resine per ancoraggi chimici, forniscono spesso metodi di calcolo
rispettosi del metodo riportato nelle norme e precedentemente descritto, ma semplificati, in modo da
agevolare l’utilizzatore finale.
A livello pratico, è il caso di osservare come l’ancoraggio di due barre di armatura nello stesso punto
possa condurre ad una inutilizzazione della capacità portante totale delle barre, nel caso in cui il
meccanismo debole sia rappresentato dalla rottura del cono di calcestruzzo o dalla rottura per splitting
del calcestruzzo. In questo caso quindi l’ancoraggio chimico non è in grado di fornire la stessa
prestazione di una classica armatura “da ripresa” posizionata prima del getto del calcestruzzo.
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